(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、ｎ−電極およびｐ−電極を備える窒化物系発光素子の製造方法において、
前記ｎ型半導体層、前記ｐ型半導体層、前記ｎ−電極および前記ｐ−電極からなる群から、いずれか１層をベース層として選択し、前記ベース層上にアゾベンゼン高分子フィルムを形成する段階と、
前記アゾベンゼン高分子フィルムに干渉レーザビームを照射し、アゾベンゼン高分子の光誘発物質移動特性による、微細パターンの表面凹凸を形成する段階と、
前記アゾベンゼン高分子フィルムの凹凸間隙上に、金属酸化物の光結晶層を形成する段階と、
前記アゾベンゼン高分子フィルムを除去する段階と、
を含むことを特徴とする、窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記光結晶層をエッチングマスクとして利用し、前記ベース層をエッチングする段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記金属酸化物が、チタン、亜鉛、ニオビウム、スズ、ニッケルおよびタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記光結晶層が、金属酸化物前駆体を利用したゾル−ゲル法により形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記金属酸化物前駆体が、アルコキシド、硝酸塩、塩化物および酢酸塩からなる群から選択される少なくとも１種の官能基を含むことを特徴とする、請求項４に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記アゾベンゼン高分子フィルムの除去が、常温〜４２５℃の温度範囲の熱処理により行われることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は、１時間〜１２時間行われることを特徴とする、請求項６に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記アゾベンゼン高分子が、重量平均分子量１０００〜５０００００にある物質であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記アゾベンゼン高分子が、
【化１】
0005130442.tif 000004
上記式中、ｎは、重合度を意味する、
であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記干渉レーザビームとして４８８ｎｍのＡｒレーザを使用することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記微細パターンが、数十ｎｍ〜数千ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記微細パターンが、１ｕｍ以下であることを特徴とする、請求項１１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記微細パターンの周期が、１０ｕｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記微細パターンが、１−次元パターン、２−次元パターンまたは３−次元パターンであることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ｎ−電極が、透明な伝導性酸化物から形成されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記ｐ−電極が、透明な伝導性酸化物から形成されることを特徴とする、請求項１〜１５に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法に関する。さらに詳細には、光抽出効率を向上させるために、その構造の改善された窒化物系半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）、すなわち、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）は、基本的に半導体ＰＮ接合ダイオードである。シリコンＰＮ接合が電子情報革命の主役であるなら、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＰＮ接合は、光革命の主役である。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、元素周期律表上で、ＩＩＩ族とＶ族との元素が組み合わされて作られたものであり、発光効率がほぼ１００％に近いという長所がある。従って、物質開発初期からＬＥＤがダイオードレーザなど発光素子に広く応用されて光革命の主役になった。また、ＬＥＤは、電子の移動速度が高くて高温動作が可能であり、高速・高電力電子素子にも広く使われている。特に、ＩＩＩ族とＶ族とのさまざまな元素が組み合わされることにより、非常に多様な物質組成と特性との半導体を作り出すことができるという長所を有する。
【０００３】
ＬＥＤの基本的な特性として、可視光線領域のＬＥＤでは、光度［単位：カンデラ（ｃｄ）］が使われ、非可視光線領域では、放射束［単位：ワット（Ｗ）］で表示される。光度は、単位立体角当たりの光束で表示され、輝度は、単位面積当たりの光度でもって表示されるが、かかる光度を測定するためには、光度計が使われる。放射束は、ＬＥＤであらゆる波長に対して放射される全出力を表し、単位時間当たり放射されるエネルギーで表示される。
【０００４】
可視光線ＬＥＤの性能を判別する主な評価要素は、主に発光効率（Ｌｕｍｉｎｏｕｓ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）であり、ワット当たりのルーメン（ｌｍ／Ｗ）で表示される。これは、肉眼の視感度を考慮したＷａｌｌ−Ｐｌｕｇ効率（光出力／入力電気パワー量）に該当する。そして、かようなＬＥＤの発光効率は、内部量子効率（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）、抽出効率（Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）、動作電圧（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｖｏｌｔａｇｅ）の三要素によって主に決定され、かような発光効率の改善のための研究開発が現在も続けて行われている。
【０００５】
従来のＬＥＤは、サファイア／ｎ−ＧａＮ／多重量子井戸（ＭＱＷ）／ｐ−ＧａＮの構造から形成されることが一般的であり、従来のかような構造のＬＥＤでは、第一に、ＭＱＷ層の内部量子効率の向上、第二に、高出力のＬＥＤ製造という技術課題を解決するにあたり、その構造上の限界があった。従って、かような限界を克服し、光の外部抽出効率が上昇するように、ＬＥＤの構造を改善する必要があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、前述の従来技術の問題点を改善するためのものであり、光抽出効率が向上されうるように、その構造が改善された窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法は、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、ｎ−電極およびｐ−電極を備える窒化物系発光素子の製造方法において、前記ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、ｎ−電極およびｐ−電極からなる群から、いずれか１層をベース層として選択し、前記ベース層上にアゾベンゼン高分子フィルムを形成する段階と、前記アゾベンゼン高分子フィルムに干渉レーザビームを照射し、アゾベンゼン高分子の光誘発物質移動特性による微細パターンの表面凹凸を形成する段階と、前記アゾベンゼン高分子フィルムの凹凸間隙上に、金属酸化物材質の光結晶層を形成する段階と、前記アゾベンゼン高分子フィルムを除去する段階と、を含む。
【０００８】
本発明によれば、アゾベンゼン高分子の光誘発物質移動現象を利用することにより、簡単な工程で、多数のフォトニック結晶アレイを有する窒化物系半導体発光素子が製造され、かような窒化物系半導体発光素子で、従来に比して、光出力および光抽出効率が向上しうる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アゾベンゼン高分子の光誘発物質移動現象を利用することにより、簡単な工程で、多数のフォトニック結晶アレイを有する窒化物系半導体発光素子が製造されうる。前記フォトニック結晶アレイは、１μｍ以下のサイズの微細なパターンにより形成され、活性層内で発生する光を回折または／および散乱させ、光の外部抽出効率をさらに効果的に上昇させ、特に、発生した光の内部全反射を最小限に抑制できる。従って、本発明の方法によって製造された窒化物系半導体発光素子は、光出力および光抽出効率が向上されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法の実施例について、添付された図面を参照しつつ詳細に説明する。この際、図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張されている。
【００１１】
図１は、アゾベンゼン高分子（ａｚｏｂｅｎｚｅｎｅ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  ｐｏｌｙｍｅｒ）のシス−トランス光異性化反応を示す概略図であり、図２は、前記アゾベンゼン高分子に干渉レーザビームを照射するための光学装置の概略図である。そして、図３は、本発明で、アゾベンゼン高分子として利用されたＰＤＯ３（Ｐｏｌｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅ  Ｏｒａｎｇｅ  ３）の構造式である。そして、前記重合度ｎは、特に、５〜５０００が好ましい。なお、ＰＤＯ３は、公知の方法で合成しても、市販品を使用してもよい。
【００１２】
まず、図１を参照して、本発明に利用されたアゾベンゼン高分子の特性について詳細に説明する。本発明に係るアゾベンゼン基を有する高分子は、２つのベンゼン環が２つの窒素原子により互いに連結された化学構造を有し、電子軌道の側面重畳（ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒｌａｐ）により、分子全体に亘って非局在化（ｄｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）した芳香族化合物である。
【００１３】
かようなアゾベンゼン高分子は、光によって垂直に配向する（Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｉｎｃｉｄｅｎｔ  ｌｉｇｈｔ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）特性を有することが知られている。この特性を詳しく説明すると、前記アゾベンゼン高分子が垂直偏光された光に露光される場合、入射光線の線偏光方向に対して垂直に配向される特性をいう。すなわち、アゾベンゼン高分子は、シス−トランス光異性化する特性がある。かような特性を積極的に利用することで、前記アゾベンゼン高分子フィルムの表面に干渉レーザビームを照射すると、前記アゾベンゼン高分子の光誘発物質移動（Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃａｌ  ｍａｓｓ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）が誘発され、その結果、前記アゾベンゼン高分子フィルムの表面に微細パターンの表面凹凸（ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｅｌｉｅｆ  ｇｒａｔｉｎｇｓ）（表面レリーフとも称する）が形成されうる。
【００１４】
本発明において、アゾベンゼン高分子は、アゾベンゼン基を有する高分子である。この際、高分子を形成する主鎖としては、特に制限されないが、下記化学式（２）：
【００１５】
【化１】
0005130442.tif 000002
【００１６】
で表される繰り返し単位を有するものがある。また、アゾベンゼン基は、様々な置換基で置換されてもよい。この際、置換基としては、ニトロ基などが挙げられる。また、アゾベンゼン基が置換基を有する場合には、置換基の結合位置は、特に制限されず、２位、３位、４位のいずれでもよいが、好ましくは４位である。
【００１７】
したがって、本発明に係るアゾベンゼン高分子は、
【００１８】
【化２】
0005130442.tif 000003
【００１９】
式中ｎは、重合度を表し、好ましくは５〜５０００である、
が好ましい。
【００２０】
また、アゾベンゼン高分子の分子量も特に制限されないが、重量平均分子量は、好ましくは、１０００〜５０００００にある物質を選択して利用できる。ただし、分子量が大きいほど露光に対する光誘発物質移動の挙動が遅くなりうる。従って、光異性化の制御のためには、適切な分子量の範囲にあるものを選択して使用することが望ましい。
【００２１】
例えば、分子鎖の絡み合いが少ない特性を有する有機ガラスを使用する場合、露光される光に対する光異性化の挙動が早く現れることができるので、表面凹凸の形成が短時間になされうる。
【００２２】
図２は、干渉レーザビームを照射するための光学装置を示している。一般的に光源としては、４８８ｎｍ  Ａｒレーザを利用する。直線偏光されて放射される光線は、λ／２波長板を通過しつつ、ｐ偏光状態になる。そして、空間フィルタ、コリメーティングレンズを順に通過した後、サンプルに達しうる。このとき、コリメーティングレンズを通過した平行光のうち一部は、直接サンプルに達し、その残りは、ミラー面で反射して前記サンプルに達しうる。ここで、前記λ／２波長板の光学材料としては、ｐ偏光または直線偏光面を０゜〜９０゜の範囲内で回転させることができる特性を有したものであれば、十分であって特に制限はない。かような特性を有した光学材料を使用すると、表面凹凸をさらに効果的に形成できる。好ましくは、前記干渉レーザビームの照射方向を軸にして、アゾベンゼン高分子が形成された基板を回転させつつ、露光工程を反復的に行う場合、２次元（ｔｗｏ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）パターンまたは３次元（ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）パターンのような多様な形態の表面凹凸を得ることができる。
【００２３】
図４Ａ〜図４Ｉは、本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【００２４】
図４Ａおよび図４Ｂを共に参照すれば、ｎ型半導体層２０、活性層３０、ｐ型半導体層４０、ｎ−電極５０およびｐ−電極６０を備える窒化物系発光素子の製造方法において、前記ｎ型半導体層２０、ｐ型半導体層４０、ｎ−電極５０およびｐ−電極６０からなる群からいずれか１層をベース層として選択し、前記ベース層上にアゾベンゼン高分子フィルム１２０を形成する。本実施例では、前記ｐ−電極６０をベース層として選択した。
【００２５】
図４Ａを参照すれば、まず、あらかじめ準備された基板１０、例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮまたはサファイアの基板上に、同種（例えば、ＧａＮ基板上にＧａＮ系の結晶層成長）または異種の積層（例えば、サファイア基板上にＧａＮ系の結晶層成長）法により、ｎ型半導体層２０を形成する。前記ｎ型半導体層２０は、ＡｌＩｎＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体物質から形成するが、特に、ｎ−ＧａＮ層により形成することが望ましい。ここで、前記ｎ型半導体層２０は、ＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ  ｏｒ  Ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパタリングまたは蒸発法のような気相蒸着法により形成される。なお、それらの方法は一般的なものであるので、それらについての詳細な説明は省略する。
【００２６】
その後、前記ｎ型半導体層２０上に、活性層３０およびｐ型半導体層４０を順に形成する。ここで、同様に、前記活性層３０とｐ型半導体層４０は、ＨＶＰＥ、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥのような多様な気相蒸着法により形成されうる。
【００２７】
前記活性層３０は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１そして０≦ｘ＋ｙ≦１）であるＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体から形成するが、特に、ＩｎＧａＮまたはＡｌＧａＮによって形成することが望ましい。ここで、前記活性層３０は、多重量子井戸（ＭＱＷ）または単一量子井戸のうちいずれか１つの構造により形成され、かような活性層の構造は、本発明の技術的範囲を制限するものではない。例えば、前記活性層３０は、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷ、またはＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷの構造により形成されることが最も望ましい。そして、前記ｐ型半導体層４０は、ｐ−ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体から形成するが、特に、ｐ−ＧａＮまたはｐ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮから形成することが望ましい。
【００２８】
その後、前記ｐ型半導体層４０の上面の所定領域からｎ型半導体層２０の所定の深さまでをエッチングし、前記ｎ型半導体層２０にエッチング面を形成する。その後、前記ｎ型半導体層２０のエッチング面と、前記ｐ型半導体層４０上とに導電性物質で、ｎ−電極５０とｐ−電極６０とを形成する。望ましくは、前記ｎ−電極５０またはｐ−電極６０は、透明な伝導性酸化物から形成されうる。前記透明な伝導性酸化物は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺＩＴＯ（Ｚｉｎｃ−ｄｏｐｅｄ  Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺＩＯ（亜鉛インジウム酸化物）、ＧＩＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｉｎｄｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺＴＯ（Ｚｉｎｃ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２およびＺｎ１−ｘＭｇｘＯ（Ｚｉｎｃ  Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ、０≦ｘ≦１）からなる群から選択されるいずれか１種であって、具体的な例として、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５、ＧａＩｎＯ３、ＺｎＳｎＯ３、ＦがドープされたＳｎＯ２（Ｆ−ドープトＳｎＯ２）、ＡｌがドープされたＺｎＯ（Ａｌ−ドープトＺｎＯ）、ＧａがドープされたＺｎＯ（Ｇａ−ドープトＺｎＯ）、ＭｇＯ、ＺｎＯなどが挙げられる。本実施例では、前記ｐ−電極６０をＩＴＯ物質から形成した。
【００２９】
図４Ｂを参照すれば、ＩＴＯ材質の前記ｐ−電極６０をベース層として選択し、前記ＩＴＯ層６０上に、アゾベンゼン高分子、例えば、図３で示されるＰＤＯ３を塗布してアゾベンゼン高分子フィルム１２０を形成する。前記アゾベンゼン高分子の塗布のために、主にスピンコーティング法を用いることができる。他には、例えば、コーティング方法も使用することができる。望ましくは、前記アゾベンゼン高分子として、分子量が数千〜数十万の範囲にある物質を選択して利用できる。
【００３０】
図４Ｃおよび図４Ｄを共に参照すれば、図２に図示されたような光学装置を利用し、前記アゾベンゼン高分子フィルム１２０に干渉レーザビームを照射することにより、アゾベンゼン高分子の光誘発物質移動による微細パターンの表面凹凸を形成する。図４Ｄを参照すれば、図４Ｄを参照すれば、このような表面凹凸は突出部１２０ａと凹凸間隙１２０ｂを含み、このような凹凸構造に対する理解を容易にするため、表面凹凸を示す原子力顕微鏡  （Ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、以下「ＡＦＭ」と称する）写真を共に示した。
【００３１】
前記微細パターンの線幅（ｗ）、具体的には、前記凹凸間隙１２０ｂの線幅（ｗ）は、数十ｎｍ〜数千ｎｍサイズのパターンであり、望ましくは２μｍ以下サイズのパターンであり、さらに望ましくは１μｍ以下サイズのパターンでありうる。また、具体的に前記凹凸間隙１２０ｂの線幅（ｗ）は、２０ｎｍ以上が好ましい。
【００３２】
また、このような微細パターンの周期（Ｔ）は、１０μｍ以下に形成することが望ましい。一方、前記微細パターンの周期（Ｔ）は、出力される光の波長によって変化でき、望ましくは出力される光の波長の１／１０より大きく形成される。
【００３３】
ここで、前記干渉レーザビームの照射方向を軸として、アゾベンゼン高分子フィルム１２０が形成された基板１０を回転させつつ露光工程を反復的に行う場合、１−次元（ｏｎｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）パターン、２−次元パターンまたは３−次元パターンのような多様な形態の表面凹凸を得ることができる。
【００３４】
図４Ｅを参照すれば、前記アゾベンゼン高分子フィルム１２０の凹凸間隙１２０ｂ上に、金属酸化物の光結晶層２００を形成する。かような光結晶層２００は、多数のフォトニック結晶アレイを備える。前記凹凸の間隙１２０ｂの線幅は、数十ｎｍ〜数千ｎｍサイズの微細パターンにより形成されるために、前記凹凸間隙１２０ｂ上に形成された光結晶層２００もかような凹凸間隙１２０ｂの線幅に対応する微細なパターンを有することができる。ここで、前記金属酸化物は、チタン、亜鉛、ニオビウム、スズ、ニッケルおよびタングステンからなる群から選択されるいずれか１種の金属の酸化物でありうる。また、金属酸化物は、上記金属酸化物のいずれか１種であっても、上記金属を２種以上含む複合酸化物であってもよく、さらに、金属酸化物は、単独で使用されても、または２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。中でも酸化チタンが好ましい。
【００３５】
前記光結晶層２００は、ゾル−ゲル法により形成され、このとき、前記で例示された前記金属酸化物の前駆体が利用されうる。かような前記金属酸化物の前駆体は、イソプロポキシドのようなアルコキシド、硝酸塩、塩化物および酢酸塩からなる群から選択されるいずれか１種の官能基を含むように製造されうる。なお、本実施例で、前記光結晶層２００は、ＴｉＯ２物質から形成された。
【００３６】
図４Ｆおよび図４Ｇを共に参照すれば、常温〜４２５℃の温度範囲で熱処理し、前記アゾベンゼン高分子フィルム１２０を分解または除去する。前記常温とは、冷却ないし加熱しない状態の温度であって約１５℃ないし３０℃を意味する。そして、かような熱処理工程は、１時間〜１２時間行われ、望ましくは、多段階に行われうる。
具体的に、前記熱処理工程は、常温から１００℃まで３０分間昇温させた後で１時間維持する第１段階、１００℃から３５０℃まで３０分間昇温させた後で５時間維持する第２段階、そして３００℃から４２５℃まで３０分間昇温させた後で２時間維持する第３段階を含むことができる。かような多段階熱処理工程を通じ、熱処理過程で前記光結晶層２００に形成されうる欠陥発生を最小限にすることでき、またそれ以外の物質層、すなわち、ｎ型半導体層２０、活性層３０、ｐ型半導体層４０、ｎ−電極５０およびｐ−電極６０に対する熱的損傷を最小限にすることができる。
【００３７】
かような工程過程を通じ、光出力および光抽出の効率が向上されうるフォトニック結晶アレイ構造の窒化物系半導体発光素子が製造されうる。本発明の理解を助けるために、図４Ｇに、前記アゾベンゼン高分子フィルム１２０の除去結果として前記ＩＴＯ層６０上に形成された光結晶層２００のパターンを示すＡＦＭ写真を共に添付した。前記フォトニック結晶アレイは、１μｍ以下サイズの微細なパターンにより形成され、活性層３０内で発生する光を回折または／および散乱させ、光の外部抽出効率をさらに効果的に上昇させることができ、特に、発生した光の内部全反射を最小限に抑制できる。従って、本発明によって製造された窒化物系半導体発光素子により、従来に比して光出力および光抽出の効率が向上しうる。
【００３８】
図４Ｈおよび図４Ｉを共に参照すれば、望ましくは、前記光結晶層２００をエッチングマスクとして利用し、前記ＩＴＯ層６０層を所定深さほどさらにエッチングできる。前記エッチング工程として、ドライエッチングまたはウェットエッチングのような工程が適用され、具体的に、誘導結合プラズマＡ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、反応イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などが利用されうる。例示されたドライエッチング工程で、ハロゲンガス、メタンガス、水素ガス、四フッ化メタンガスからなる群から選択される少なくとも１種を反応ガスとして選択してエッチングでき、前記ガスの混合条件は、必要によって適切に調節されうる。
【００３９】
かような工程を通じ、前記ＩＴＯ層６０層に、１μｍ以下サイズの微細なパターンをさらに形成でき、かようなＩＴＯ層６０層パターン６０ａは、前記光結晶層２００と共にフォトニック結晶アレイを構成できる。望ましくは、前記ＩＴＯ層６０層のパターン６０ａの深さは、数ｎｍ〜数百ｎｍに形成されうる。このとき、前記ＩＴＯ層６０層に形成された微細パターンは６０ａ、活性層３０内で発生する光を回折または／および散乱させ、光の外部抽出効率を効果的に上昇させ、発生した光の内部全反射を最小限に抑制するという機能を行える。ただし、前記ＩＴＯ層６０層に微細パターンを形成する工程は、本発明で必須な工程ではなく、必要によって付加的に行える選択的な工程である。
【００４０】
図６は、図４Ｄで、干渉レーザビームの照射によりアゾベンゼン高分子フィルムに形成されうる多様な形態の表面凹凸を示す原子力顕微鏡写真である。
【００４１】
図７Ａおよび図７Ｂそれぞれは、図４Ｇで形成されうる多様な形態の光結晶層（ＴｉＯ２層）パターンを示すＡＦＭ写真である。
【実施例】
【００４２】
＜実施例−光結晶層の形成および前記光結晶層を利用したＩＴＯ層のパターニング＞
まず、あらかじめ準備された基板上に、ｎ型半導体層を形成した。前記ｎ型半導体層は、ｎ−ＧａＮ層により形成した。ここで、前記ｎ型半導体層は、気相蒸着法によって形成した。その後、前記ｎ型半導体層上に、活性層およびｐ型半導体層を順に形成した。ここで、同様に、前記活性層とｐ型半導体層は、気相蒸着法により形成した。前記活性層は、ＧａＮ／ＩｎＧａＮによって形成した。そして、前記ｐ型半導体層４０は、ｐ−ＧａＮから形成した。その後、前記ｐ型半導体層の上面の所定領域からｎ型半導体層の６００〜８００ｎｍの深さまでをエッチングし、前記ｎ型半導体層にエッチング面を形成した。その後、前記ｎ型半導体層のエッチング面と、前記ｐ型半導体層上とに、導電性物質で、ｎ−電極とｐ−電極とを形成した。具体的には、前記ｎ−電極は、Ｔｉ／Ａｌであって、ｐ−電極は、ＩＴＯであった。
【００４３】
前記ＩＴＯ層上に、図３で示されるＰＤＯ３を塗布してアゾベンゼン高分子フィルム１２０を形成した。前記アゾベンゼン高分子をスピンコーティング法で塗付した。
【００４４】
まず、アゾベンゼン高分子として、ＰＤＯ３（図３を参照）を準備した。
【００４５】
そして、前記ＰＤＯ３をシクロヘキサノンに溶解させて準備した溶液を、あらかじめ準備されたＩＴＯ層上にスピンコーティングし、５００ｎｍ厚に形成し、ここから有機溶媒を除去するために、１００℃の真空オーブンで乾燥させ、その結果、ＰＤＯ３フィルムを形成した。前記ＰＤＯ３フィルムに、図２に図示されたような光学装置を利用し、４８８ｎｍ  Ａｒレーザで１時間露光させ、前記ＰＤＯ３フィルムに突出部と凹凸間隙とを有する表面凹凸を形成した。
【００４６】
その次に、チタンイソプロポキシド、イソプロパノールおよび塩酸を１：４０：４の体積比で混合して金属酸化物前駆体の溶液を製造した後、前記金属酸化物前駆体の溶液を前記ＰＤＯ３フィルムの凹凸間隙上にスピンコーティングし、光結晶層を形成した。このように製造された光結晶層は、多数のフォトニック結晶アレイを有する。
【００４７】
その次に、常温〜４２５℃の温度範囲で熱処理し、前記アゾベンゼン高分子フィルムを除去した。具体的に、前記熱処理工程は、常温から１００℃まで３０分間昇温させた後で１時間維持する第１段階、１００℃から３５０℃まで３０分間昇温させた後で５時間維持する第２段階、そして３００℃から４２５℃まで３０分間昇温させた後で２時間維持する第３段階で行われた。その次に、前記光結晶層をエッチングマスクとして利用し、前記ＩＴＯ層を所定深さ、具体的には、１５０ｎｍエッチングした。前記ＩＴＯ層のエッチングのために、誘導結合プラズマを利用し、このとき、１０００ワットで２分間行い、反応ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスとメタン（ＣＨ４）ガスとをそれぞれ９：１体積比で混合して使用した。
【００４８】
結果を、図５に示す。図５は、本発明の実施例によって製造された窒化物系半導体発光素子で、注入電流による光出力を示すグラフである。
【００４９】
図５を参照すれば、本実施例によって製造された窒化物系半導体発光素子の光出力及び光抽出効率が向上されていることが確認できる。仮に注入電流８０ｍＡの時、本実施例によって製造された窒化物系半導体発光素子の光出力は約３．１（Ａ．Ｕ．）である一方、従来のパターンされていない電極構造の窒化物系半導体発光素子の光出力は約２．５（Ａ．Ｕ．）である。これは、本実施例によって製造された窒化物系半導体発光素子が従来の窒化物系半導体発光素子に比べて２０％以上向上された光抽出効率を有することを意味する。
【００５０】
以上、かような本願発明の理解を助けるために、いくつかの模範的な実施例が説明され、添付された図面に図示されたが、かような実施例は例示的なものに過ぎず、当分野で当業者ならば、前記実施例から多様な変形および均等な他実施例が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明は、図示されて説明された構造と工程順序とにだけ限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術思想を中心に保護されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、例えば、発光素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】アゾベンゼン高分子のシス−トランス光異性化反応を示す概略図である。
【図２】アゾベンゼン高分子に干渉レーザビームを照射するための光学装置の概略図である。
【図３】本発明でアゾベンゼン高分子として利用されたＰＤＯ３の構造式である。
【図４Ａ】本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｂ】本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｃ】本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｄ】本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｅ】本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｆ】本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｇ】本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｈ】本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図４Ｉ】本発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の実施例によって製造された窒化物系半導体発光素子で、注入電流による光出力を示すグラフである。
【図６】図４Ｄでの干渉レーザビームの照射により、アゾベンゼン高分子フィルムに形成されうる多様な形態の表面凹凸を示す原子力顕微鏡写真である。
【図７Ａ】図４Ｇで形成されうる多様な形態の光結晶層パターンを示すＡＦＭ写真である。
【図７Ｂ】図４Ｇで形成されうる多様な形態の光結晶層パターンを示すＡＦＭ写真である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    基板
２０    ｎ型半導体層
３０    活性層
４０    ｐ型半導体層
５０    ｎ電極
６０    ｐ電極（ＩＴＯ層）
６０ａ    ＩＴＯ層パターン
１２０    ポリマーフィルム
１２０ａ    突出部
１２０ｂ    凹凸間隙
２００    光結晶層
【図１】
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【図２】
0005130442.tif 000006
【図３】
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【図４Ａ】
0005130442.tif 000008
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図５】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｇ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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